液体吐出装置及びインクジェット記録装置
【課題】ノズル付近の液体物性を制御することで安定した液体吐出を実現するとともに、迅速なリフィルを実現し、更には、その吐出性能及びリフィル性能を持続させる。
【解決手段】ノズル部にノズル加熱手段を設け、吐出駆動タイミングに応じて加熱制御を行う。ノズル内の液体の粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出するための演算手段は、液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブル（164）を用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部(162)と、前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき、ノズル内における液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブル(168)を用いて必要な昇温時間を求める第２の演算処理部(166)と、を含む。この算出結果に従ってノズル部加熱手段の駆動タイミングが設定される。
【解決手段】ノズル部にノズル加熱手段を設け、吐出駆動タイミングに応じて加熱制御を行う。ノズル内の液体の粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出するための演算手段は、液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブル（164）を用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部(162)と、前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき、ノズル内における液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブル(168)を用いて必要な昇温時間を求める第２の演算処理部(166)と、を含む。この算出結果に従ってノズル部加熱手段の駆動タイミングが設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置及びインクジェット記録装置に係り、特に安定した液体吐出の実現に好適な吐出ヘッドの構造及びその駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、インク吐出用のノズルを備えた記録ヘッドに対して記録紙等の被記録媒体を相対的に移動させながら、印字信号に応じて記録ヘッドからインクを吐出させることにより被記録媒体上にインク滴を着地させ、そのインクドットによって印字媒体上に画像を形成する。かかるインクジェット記録装置では、乾燥等によってノズル内のインクの粘度が上昇すると、インクが吐出しなくなるなどの吐出不良が発生する。また、インク粘度が上昇するとノズルに対するインクの再供給性能（リフィル性能）が低下する。
【０００３】
このような観点から、特許文献１は、インク吐出に必要な熱エネルギーを発生する加熱発泡用ヒータをインク流路内に備えたいわゆるサーマルジェット方式（特に、サイドシュータ型）のインクジェットプリント装置において、インク流路内の吐出口に近い位置に第１の加熱専用ヒータを配設するとともに、加熱発泡用ヒータよりも吐出口から遠い位置に第２の加熱専用ヒータを配設し、これら二つの加熱専用ヒータによってインクの粘度を制御することにより、吐出性能及びリフィル性能を向上させる技術を提案している。
【０００４】
また、特許文献２は、ヘッド全体を加熱するヘッドヒータと、各インク室を個別に加熱するインク室ヒータとを備えたインクジェッドプリンタを開示している。
【特許文献１】特開平１１−１０８７８号公報
【特許文献２】特開平６−９１８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２で提案されている方法は、吐出方向のインク温度に着目し、インクの粘度及び体積を制御するものであるが、この方法によって吐出に十分な液物性を得るには、ヘッド全体を温めるため、大きなエネルギーが必要となる。特に、電源投入から最初の印字実行が可能になるまでの初期加熱が必要である。
【０００６】
この点、特許文献１に開示された方法によれば、個別流路に加熱専用ヒータを設けた構造であるためヘッド全体を加熱する必要はない。しかしながら、特許文献１で提案されている方法は、同一平面のインク流路に対して吐出側と供給側に加熱専用ヒータを数十μｍの間隔で近接配置した構造であるため、吐出回数が増えるにつれて、これら二つのヒータ間で温度差が小さくなり、吐出力増加の効果が薄れるという問題がある。更に、特許文献１に開示の構成は、発熱抵抗体による発泡を利用した吐出方式であり、加熱専用ヒータよりも強力な高温加熱を行う加熱発泡用ヒータを有しており、このヒータの前後に加熱専用ヒータが極めて近い位置関係で配置されているため、より一層ヒータ間での温度差が小さくなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル付近の液体物性を制御することで安定した液体吐出を実現するとともに、高粘度のインクであっても迅速なリフィルを実現し、更には、その吐出性能及びリフィル性能を持続させることができる液体吐出装置及びこれを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、前記ノズル孔から液体を吐出させるための吐出力を発生させるアクチュエータと、ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、前記アクチュエータを駆動して前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内における液体の温度分布の時間依存性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、前記演算手段は、前記液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルが格納される第１のテーブル格納部と、前記液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブルが格納される第２のテーブル格納部と、前記第１のテーブルを用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、前記第１の演算処理部で求めた前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき前記第２のテーブルを用いて前記必要加熱浸透深さを前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の液体吐出装置の一態様であり、前記必要加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の液体吐出装置の一態様であり、複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の液体吐出装置において、前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４記載の液体吐出装置において、前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段は互いに異なる層に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の液体吐出装置において、前記ノズルが形成されているノズル層と前記供給路が形成されている供給路層との間に断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用いたインクジェット記録装置を提供する。すなわち、請求項７に係るインクジェット記録装置は、請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用い、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、本明細書は以下に示す発明を開示する。
【００１６】
発明（１）は、ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
発明（１）によれば、ノズル孔から液体を吐出させるタイミングに合わせてノズル部の温度調節を行うようにしたので、必要最小限の加熱エネルギーでノズル内の液体を低粘度化できる。これにより、高粘度のインクに対して従来よりも少ないエネルギーで吐出性能を安定させることができる。
【００１８】
発明（２）は、発明（１）に記載の液体吐出装置において、吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内の液体温度上昇特性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる態様によれば、使用する液体の種類に応じて吐出時に所要の粘度が得られるように適切な加熱タイミングが計算される。これにより、ノズル内の液体を吐出可能な粘度となるように確実に温度上昇させることが可能である。
【００２０】
発明（３）は、発明（２）に記載の液体吐出装置において、前記演算手段は、液体の粘度の温度依存特性から所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、ノズル内の液体温度上昇特性から前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
発明（４）は、発明（３）に記載の液体吐出装置において、前記第１の演算処理部は液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルを有し、前記第２の演算処理部はノズル内の液体温度上昇特性を示す第２のテーブルを有していることを特徴とする。
【００２２】
なお、複数の液体種類に応じた第１のテーブルを有することにより、複数の液体種類に対応することが可能である。
【００２３】
発明（５）は、発明（２）又は（３）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル加熱制御手段は、ノズル内の液体についてノズル壁面から所定の加熱浸透深さを所定温度に昇温するように制御することを特徴とする。
【００２４】
少なくともノズル壁面近傍の液体を加熱して低粘度化すればノズル孔からの液体吐出が可能となるため、当該ノズル壁面近傍の液体のみを加熱するに十分な加熱制御を行えばよい。
【００２５】
発明（６）は、発明（５）に記載の液体吐出装置において、前記加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする。
【００２６】
このように、ノズル壁面近傍の液体のみを加熱する態様は、ノズル部のインク全体を加熱する場合と比較して省エネルギー化を達成できる。
【００２７】
発明（７）は、発明（１）乃至（６）の何れか１項記載の液体吐出装置において、複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
液体の供給源から吐出ヘッドに供給された液体はヘッド内の共通流路を通って個別の圧力室に送られる。圧力室にはアクチュエータや発泡加熱用のヒータなど、液体の吐出力を発生させる手段（吐出駆動素子）が設けられており、該素子の駆動によってノズル孔から液体が吐出される。つまり、液体は共通流路から供給路を通って個別の圧力室に流入し、圧力室からノズルを介して外部に吐出される。
【００２９】
かかるヘッド内の流路全体を考察すると、共通流路や圧力室は相対的に流路の断面積が大きく、供給路（供給孔）及びノズル部は相対的に断面積が小さい。このように、相対的に流体抵抗の大きい供給路及びノズル部を加熱して液体の粘度を局所的に低下させることにより、比較的高粘度の液体であっても吐出可能である。また、本態様によれば、局所加熱のため、応答性が高く、吐出周波数を向上させることができるとともに、液全体を加熱する方法に比べてエネルギー消費量を低減化できる。
【００３０】
発明（８）は、発明（７）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
圧力室を挟んで上流側の供給路を加熱する供給路加熱手段と、下流側のノズル部を加熱するノズル部加熱手段とを吐出駆動タイミングに関連付けて制御することにより、吐出性及びリフィル性の向上を図ることができる。
【００３２】
例えば、吐出時はノズル部のみを昇温してノズル部のインクを低粘度化させる一方、供給路については加熱せずに供給路付近の液体を相対的に高粘度化することにより、圧力室の吐出圧力を吐出方向に有効に働かせることができる。また、リフィル時においては、供給路周辺の温度を上昇させることにより、供給路からの液体流入が容易になり迅速にリフィルが行われる。更に、リフィルがほぼ完了した後は、ノズル部の加熱を止めてノズル周辺の液体粘度を上昇させる。これによって、リフィルにより生じるメニスカスの振動を急速に収束させることができる。
【００３３】
発明（９）は、発明（７）又は（８）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段とは互いに異なる層に配設されていることを特徴とする。
【００３４】
かかる態様によれば、プレート部材（流路プレート）の積層構造によってノズル、圧力室、共通流路及び供給路が形成されているヘッドにおいて、ノズル部加熱手段と供給路加熱手段をそれぞれ別の階層に配置したので、これらの加熱手段を比較的離れた位置関係で配置することができ、相互の温度影響を排除することができる。したがって、それぞれの温度調節の精度を高めることができるとともに、吐出性能及びリフィル性能を長時間にわたって維持することが可能である。
【００３５】
発明（１０）は、発明（９）に記載の液体吐出装置において、前記ノズルが形成されている流路プレート（ノズル層）と前記供給路が形成されている流路プレート（供給路層）との間に断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
発明（１１）は、発明（１）乃至（１０）の何れか１項に記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用いたインクジェット記録装置を提供する。すなわち、発明（１１）に係るインクジェット記録装置は、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。
【００３７】
なお、本発明の実施に際して、記録ヘッドの形態は特に限定されず、印字媒体の送り方向と略直交する方向に印字ヘッドが往復動作しながら印字を行うシャトル方式の記録ヘッドであってもよいし、インクを吐出する複数のノズルが印字媒体の送り方向と略直交する方向に前記印字媒体の全幅にわたって配列された１列以上のノズル列を有するフルライン型の記録ヘッドであってもよい。
【００３８】
フルライン型の記録ヘッドのような長尺ヘッドの場合、印字中に未使用のノズルが存在し得るが、ヘッド全体を加熱する従来の方式は、加熱によって未使用ノズルのインクが乾燥して吐出不良になり易い。そのため、ノズル乾燥防止は重要な課題の一つである。本発明によれば、ノズル部加熱手段によってノズル部を局所的に加熱する方式であるため、ヘッド全体を加熱する必要がなく、未使用ノズルの乾燥を防ぐことができる。したがって、本発明はフルライン型の記録ヘッドへの適用が特に有効である。
【００３９】
「フルライン型の記録ヘッド」は、通常、ノズル配列は被記録媒体の相対的な送り方向（相対移動方向）と直交する方向に沿って配置されるが、相対移動方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿って記録ヘッドを配置する態様もあり得る。また、記録ヘッドにおけるノズルの配列形態は、１列のライン状配列に限定されず、複数列からなるマトリックス配列でもよい。更には、被記録媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する短尺記録ヘッドユニットを複数個組み合わせることによって、これらユニット全体として被記録媒体の全幅に対応するノズル列を構成する形態もあり得る。
【００４０】
「被記録媒体」は、記録ヘッドによって印字を受ける媒体（メディア）であり、被画像形成媒体、印字媒体、受像媒体などと呼ばれ得るものである。被記録媒体の具体的態様には、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体が含まれる。
【００４１】
被記録媒体を記録ヘッドに対して相対移動させる搬送手段は、停止した（固定された）記録ヘッドに対して被記録媒体を搬送する態様、停止した被記録媒体に対して記録ヘッドを移動させる態様、或いは、記録ヘッドと被記録媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。
【００４２】
なお、本明細書において「印字」という用語は、文字の形成のみならず、文字を含む広い意味での画像を形成する概念を表すものとする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、吐出液滴のサイズを規定するノズル部にノズル部加熱手段を設け、吐出駆動タイミングに応じてノズル部の加熱制御を行うようにしたので、少ない加熱エネルギーでノズル周辺の液体粘度を所要の粘度に下げることができ、ノズル孔から液体を容易に吐出させることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、ノズル部を局所的に温調するため、ヘッド全体を温調する従来の形態と比較してヒートアップ時間が短く、電源投入から最初の印字実行が可能になるまでの初期起動時間を短縮できる。更に、本発明は、未使用ノズルの乾燥を防止することができるため、ノズル数の多い長尺の吐出ヘッドを備えた液体吐出装置について非常に有効である。
【００４５】
本発明において液体吐出に必要な要素であるノズル、圧力室、共通流路、供給路等をプレート部材の積層構造によって形成し、異なる階層のプレート部材（流路プレート）にノズル部加熱手段、供給路加熱手段を設ける態様により、これら加熱手段の間の距離を比較的大きくとることができ、互いの温度影響を回避できる。したがって、ノズル周辺及び供給路周辺（個別流路の周辺）のみに熱を伝えることができ、液体の温度調節の効果が持続される。
【００４６】
また、付随的な効果として、本発明では液体の吐出タイミングに合わせてノズル部の温度調節のタイミングを制御するため、吐出直前にノズル部加熱手段をＯＮ、吐出直後の前後にＯＦＦするなどの制御態様により、アクチュエータ等の吐出駆動素子の駆動と相まって吐出液滴の効果的な引きちぎりを行うことができる。これにより、サテライトやスプラッシュの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４８】
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００４９】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００５０】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００５１】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００５２】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００５３】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸
着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００５４】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００５５】
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図６中符号１００）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
【００５６】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００５７】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００５８】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００５９】
印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。詳細な構造は図示しないが、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００６０】
記録紙１６の送り方向（以下、紙搬送方向という。）に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００６１】
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドが各インク色ごとに設けられてなる印字部１２によれば、副走査方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００６２】
なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００６３】
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは管路（図１中不図示）を介して各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００６４】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００６５】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列と、からなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００６６】
印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。
【００６７】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００６８】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００６９】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００７０】
こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であ
り、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。
【００７１】
また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
【００７２】
〔ノズル周辺の断面構造〕
図３は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ（以下、これらを代表して符号５０で示す）内に形成されているインク流路の概略構成を示す断面図である。図３において、符号５１はインク吐出用のノズル、５２は圧力室、５３は共通流路、５４は振動板、５５はアクチュエータである。
【００７３】
ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、供給路５６を介して共通流路５３と連通している。インク貯蔵／装填部１４から送液されたインクは共通流路５３を通って圧力室５２に供給される。圧力室５２の底面を構成している振動板５４には個別電極（不図示）を備えたアクチュエータ５５が接合されており、個別電極に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５５が変形し、圧力室５２内のインクが加圧されることにより、ノズル５１からインクが吐出される。すなわち、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ５５の変形によってインク滴を飛ばす方式（ピエゾジェット方式）が採用されている。
【００７４】
図示のように、本実施形態の印字ヘッド５０は、ＳＵＳ板等の薄い板材にエッチング等で穴や溝を形成したプレート部材を複数積層することによってインク流路が形成されている。図３では振動板５４の上に４つのプレート部材が積層された構造が示されている。すなわち、ノズル５１の吐出口を内包する第１の流路プレート（ノズル層）６１と、共通流路５３の側面を形成する第２の流路プレート６２と、供給路５６を内包する第３の流路プレート（供給路層）６３と、圧力室５２の側面を形成する第４の流路プレート６４と、が積層された構造を有している。
【００７５】
図示のように、ノズル５１の吐出口に連通する流路を形成している第１の流路プレート（ノズル層）６１には、ノズル５１の流路周囲に第１のヒータ（以下、ノズルヒータという。）６６が設けられている。また、圧力室５２と共通流路５３をつなぐ供給路５６を形成している第３の流路プレート（供給路層）６３には、供給路５６の周囲に第２のヒータ（以下、供給路ヒータという。）６７が設けられている。
【００７６】
図４は、ノズルヒータ６６の構造例を示した平面図である。ノズルヒータ６６は、複数のヒータブロック（図４において３つのブロック）６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃからなり、これらヒータブロック６６Ａ〜Ｃがノズル５１の流路周囲を囲むように円周上に沿って配置された構造を有している。各ヒータブロック６６Ａ〜６６Ｃは、それぞれグランド線に相当する電極６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃと、信号線に相当する電極６９Ａ、６９Ｂ、６９Ｃとが接続されており、電極間に所要の電圧を印加することにより、ヒータブロック６６Ａ〜６６Ｃが発熱する。
【００７７】
図５は、ノズル先端部近傍の拡大図（図３中符号５で示した部分の拡大図）である。図示のように、ノズル５１の流路周囲は絶縁層７０で構成されている。また、吐出面７２の最上層は絶縁層７３が設けられ、その下層に信号線７４、ヒータ（発熱体）７５、グランド線７６が順次積層され、グランド線７６の下に絶縁層７７が設けられている。
【００７８】
信号線７４及びグランド線７６の配線部は、例えば、アルミ（Ａｌ）の膜厚０．８μｍ、配線幅は５μｍ、配線間隔も５μｍとなっている。もちろん、配線部の構成はこの例に限定されず、アルミ以外の金属を用いることも可能である。
【００７９】
ヒータ７５は、例えばＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金で構成される。他に、Ｔａ単層、ＴａＮ等でもよい。絶縁層７０、７３、７７はＳｉＯ2 の無機膜、厚み０．５μｍとする。なお、ＳｉＯ2 に代えて、サイトップ（商品名：旭硝子社製）等のフッ化樹脂でもよい。その場合も厚みは０．５μｍ程度以下であることが望ましい。
【００８０】
図４及び図５ではノズルヒータ６６の構造を説明したが、図３の符号６７で示した供給路ヒータ６７の構造もノズルヒータ６６の構造と同様であるため、説明は省略する。
【００８１】
〔システム構成〕
図６はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース８０、システムコントローラ８２、画像メモリ８４、モータドライバ８６、ヒータドライバ８８、プリント制御部９０、画像バッファメモリ９２、ヘッドドライバ９４及びヘッド用ヒータドライバ９６等を備えている。
【００８２】
通信インターフェース８０は、ホストコンピュータ９８から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース８０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ９８から送出された画像データは通信インターフェース８０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ８４に記憶される。画像メモリ８４は、通信インターフェース８０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ８２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ８４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【００８３】
システムコントローラ８２は、通信インターフェース８０、画像メモリ８４、モータドライバ８６、ヒータドライバ８８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ８２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ９８との間の通信制御、画像メモリ８４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１００やヒータ１０２を制御する制御信号を生成する。
【００８４】
モータドライバ８６は、システムコントローラ８２からの指示にしたがってモータ１００を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ８８は、システムコントローラ８２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒータ１０２を駆動するドライバである。
【００８５】
プリント制御部９０は、システムコントローラ８２の制御に従い、画像メモリ８４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ９４に供給するするとともにヘッド用ヒータドライバ９６を制御する制御部である。プリント制御部９０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ９４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００８６】
プリント制御部９０には画像バッファメモリ９２が備えられており、プリント制御部９０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ９２に一時的に格納される。なお、図６において画像バッファメモリ９２はプリント制御部９０に付随する態様で示されているが、画像メモリ８４と兼用することも可能である
。また、プリント制御部９０とシステムコントローラ８２とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００８７】
ヘッドドライバ９４はプリント制御部９０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０のアクチュエータ５５を駆動する。ヘッドドライバ９４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００８８】
ヘッド用ヒータドライバ９６は、プリント制御部９０からの指令に従い、ノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７を駆動するための信号を生成する。インクの吐出駆動タイミングとノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の加熱タイミングの制御については後述する。
【００８９】
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース８０を介して外部から入力され、画像メモリ８４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データが画像メモリ８４に記憶される。
【００９０】
画像メモリ８４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ８２を介してプリント制御部９０に送られ、該プリント制御部９０において既知の誤差拡散アルゴリズムなどの手法によりインク色ごとのドットのデータに変換される。すなわち、プリント制御部９０は、入力されたＲＧＢ画像データをＹＣＭＫの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部９０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ９２に蓄えられる。
【００９１】
ヘッドドライバ９４は、画像バッファメモリ９２に記憶されたドットデータに基づき、印字ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ９４で生成された駆動制御信号が印字ヘッド５０に加えられることによって、印字ヘッド５０のノズル５１からインクが吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期して印字ヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
【００９２】
印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部９０に提供する。プリント制御部９０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。
【００９３】
次に、上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０におけるインクの温度調節タイミングについて説明する。
【００９４】
〔流体現象に着目した温調タイミング〕
図７はプル・プッシュ・プル・メニスカスコントロール（Pull Push Pull meniscus control)によるインク滴の吐出プロセスの例を示した模式図である。図示した一連の吐出プロセスはアクチュエータ５５の駆動制御によって実現される。まず、インク吐出前に圧を下げる緩やかな引きの動作を行いメニスカス１２０（ノズル５１内のインク１２２と外気との界面）の状態を所定の形状にする( 図７（ａ) 〜（ｂ）) 。この状態から勢いよく吐出動作を行い( 図７（ｃ）〜（ｈ））、インク吐出後に再び引きの動作を行い、インク滴１２６を所定の大きさに引きちぎるとともに、メニスカス１２０の振動を抑制する（図７（ｉ）〜（ｊ））。
【００９５】
このような流体現象の中で（ｄ）で示した状態、すなわち、インク１２２が吐出面（ノズル面）１２４から出る時の時刻ｔ＝Ｔn を温調タイミングの基準として設定する。
【００９６】
図８はノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の駆動タイミングを示したタイミングチャートの一例である。本節では、（ｄ）の状態を「吐出」と定義する。
【００９７】
ノズルヒータ６６の駆動開始タイミングＴ1 は、Ｔn の１μs 〜１００μs 前である。ΔＴn1＝Ｔ1 −Ｔn とすると、−１００μs ≦ΔＴn1≦−１μs である。ここで、ΔＴn1≦−１μs という条件は、ノズル周辺のインクを加熱して温度上昇させるために１μs 以上必要であることを示す。
【００９８】
ノズルヒータ６６の駆動終了タイミングＴ1'は、Ｔn の２０μs 前から５０μs 後である。ΔＴn1’＝Ｔ1'−Ｔn とすると、−２０μs ≦ΔＴn1' ≦５０μs である。吐出直前又は直後（−２０μs 〜＋２０μs ）にノズルヒータ６６をＯＦＦする理由は、ヒートアップ時間を短くして熱量を下げるためである。また、吐出後迅速にリフィルを行うためにリフィル中もインク粘度を下げるためには、吐出後（＋２０μs 〜＋５０μs ）にノズルヒータ６６をＯＦＦする態様が好ましい。
【００９９】
供給路ヒータ６７の駆動開始タイミングＴ2 は、Ｔn の１μs 〜１００μs 後である。ΔＴn2＝Ｔ2 −Ｔn とすると、１μs ≦ΔＴn1≦１００μs である。ここで、ΔＴn1≧１μs という条件は、供給路５６のインクを加熱して温度上昇させるために１μs 以上必要であることを示す。
【０１００】
吐出開始後リフィルは０〜１００μs 、多くは０〜５０μs で開始するので、上記のタイミングで供給路ヒータ６７を駆動開始する。供給路ヒータ６７の駆動終了タイミングＴ2 ' は、アクチュエータ５５の駆動周波数に依存して決定される。
【０１０１】
ノズルヒータ６６又は供給路ヒータ６７によってインクの温度を上昇させるために少なくとも１μs の加熱時間が必要であることは、以下に示すノズル内温度分布の計算から導かれる。
【０１０２】
計算において、半無限流体の熱伝導（対流なしのモデル）による近似を適用する。図９のように、温度源１４０に接する低温流体（半無限流体１４２）について境界面１４４を基準として位置ｘの座標軸を設定する。初期条件として半無限流体１４２は、はじめ温度Ｔ0 で一様とし、時刻τ＝０でｘ＝０の面の温度をＴs とする。Ｔｓはその後一定に保たれる。
【０１０３】
時刻τ、位置ｘにおける温度Ｔ（τ，ｘ）は、上記の条件で以下の式が成り立つ。
【０１０４】
【数１】
【０１０５】
erf(β) は誤差関数であり、以下の式で表される。
【０１０６】
【数２】
【０１０７】
ここでβは次式で表される。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
〔数３〕式中のａは温度伝導率（ m2 ／s ）であり、次式で表される。
【０１１０】
【数４】
【０１１１】
ただし、λ：熱伝導率（W/(m・ K)）、ρ：密度（kg/m3 ）、Ｃp ：比熱（ J/(kg・K))
である。なお、水の場合、λ＝0.61、ρ＝1000、Ｃp ＝4180なのでａ＝1.46×10-7である。
【０１１２】
以上から〔数１〕の式を利用して温度源からｘだけ離れた位置の時刻τにおける温度Ｔを求めることができる。
【０１１３】
また、時刻τ＝０〜τ間で表面の単位面積から入った熱量Ｑ（J /m2 ）は次式となる。
【０１１４】
【数５】
【０１１５】
この〔数５〕の式から必要熱量を算出することができる。
【０１１６】
一般的な水性インクの組成は８０％以上が水であるため、液体は水であると仮定して温度分布を計算する。初期温度Ｔ0 ＝300 Ｋ、境界温度Ｔs ＝350 Ｋとしたときの計算結果を図１０に示す。また、初期温度Ｔ0 ＝300 Ｋ、境界温度Ｔs ＝400 Ｋとしたときの計算結果を図１１に示す。
【０１１７】
これらのグラフによれば、１μs の加熱時間でヒータ境界から１μm 厚分のインク（計算上は水）の温度を上昇させることができることがわかる。更に、数十μs の範囲で温度上昇がみられるのは、ヒータ境界から数μm の範囲である。ノズル直径を３０μm 程度と考えると、ノズル直径に対して一割程度の外周の温度が上昇することになる。
【０１１８】
〔アクチュエータ駆動波形に着目した温調タイミング〕
図１２は、アクチュエータ駆動波形に注目したノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の駆動タイミングを示したタイミングチャートと吐出時におけるインクの動きの対応関係を示した図である。同図中、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。
【０１１９】
図１２に示したように、インク１２２をノズル面１２４から吐出させるときのアクチュエータ駆動タイミングをＴａとし、このＴａをヒータ制御の基準とする。インク１２２をノズル面１２４から吐出させる動作は圧力室５２の体積を減少させるアクチュエータ駆動によって実現される。すなわち、インク１２２がノズル面１２４から外に出るタイミング
は、アクチュエータ５５を圧力室体積減少方向に変位させる駆動期間内であり、左記駆動期間が複数ある場合は、その中において駆動パルスの電位差最大、或いは傾きが最大となる期間内である。
【０１２０】
このように、一連の電圧駆動において電圧変化が最も大きいところ、あるいは電圧変化の時間微分が最も大きいところに注目し、かかる吐出動作を実現するアクチュエータ駆動のタイミングを基準Ｔa として設定する。そして、この基準Ｔa の前後でノズルヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを設定する。
【０１２１】
具体的には、図８で説明した例と同様に、Ｔn をＴa で置き換えることによって、各ヒータの駆動タイミングが決定される。
【０１２２】
なお、アクチュエータ駆動波形は図１２の例に限定されない。図１３にアクチュエータ駆動パルスの他の波形例を示す。アクチュエータ駆動波形は様々なタイプが可能であるが、何れの場合も電位差最大、傾き最大となる期間の中から適当な時刻を制御の基準時刻Ｔａとして決定する。図１２及び図１３に示したＴａに限定されず、例えば、電圧０になる時刻を基準時刻Ｔａとして設定する態様も可能である。
【０１２３】
〔温調熱量の評価〕
上述した〔数５〕の式を用いて必要な熱量を計算する。液体は水と仮定し、初期温度Ｔ0 ＝ 300Ｋとする。また、ノズルの形状はノズル半径１５μｍ、ノズル高さ５０μｍ、ノズル内側表面積４．７×１０-9ｍ2 の円筒形状であるものとする。加熱温度 350Ｋと 400Ｋの場合の計算結果を図１４に示す。
【０１２４】
図１４に示されているように、数十μｓの範囲において必要な熱量は数μＪである。インクを暖めると同程度にヘッドを暖めるとしてもヒータの熱量は１０μＪ程度、多く見積もっても２０μＪ以下である。このような観点から、ノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７による温調時間は１００μｓ以下に設定される。
【０１２５】
〔インク物性の温度依存性〕
温度によるインク物性値の変化はインクの種類によって様々である。図１５は、あるインクについての表面張力と温度の関係を示したグラフである。また、図１６は４種類のインクについてそれぞれインク粘度の温度依存性を示したグラフである。これらの図面に示したように、インクの温度が上昇するにつれて、表面張力は小さくなるとともに粘度が低下する傾向にある。
【０１２６】
ノズル５１内のインクのうちノズル内壁との接触面近傍のインクを低粘度化できればインクを吐出させることができることが実験により見出された。すなわち、図１７に示すように、ノズル５１の直径をＤ、ノズル内壁からの加熱浸透深さをδｄとするとき、０．０５≦δｄ／Ｄの浸透深さを最低限確保すれば問題なく吐出が可能であり、かつδｄ／Ｄ≦０．１５とすることで加熱エネルギーを半減することが可能となる。
【０１２７】
下記の〔表１〕は、δｄ／Ｄの条件を変えて吐出実験を行ったときの吐出状態の評価、加熱エネルギーの相対比率、省エネルギー効果の評価をまとめたものである。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
〔表１〕の実験結果によれば、０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５の条件を満たすときに、吐出の状態及び省エネルギー効果について良好な結果が得られる。
【０１３０】
〔インク物性を考慮した温度制御の例〕
より具体的な例を用いて本実施形態における温度制御について説明する。数値計算によるシミュレーションから、高粘度インクであってもノズル壁から１μｍのインクが５ｃＰ以下の低粘度液インクであれば吐出可能であることがわかった。
【０１３１】
既に説明したように、インクの特性として、温度を上げると粘度が低下することはわかっている。ここでは、図１８のような粘度の温度特性を有するインクを使用するものとする。このグラフに示したインクで５ｃＰ以下になるのは４０℃以上である。
【０１３２】
ノズルヒータ６６によるノズル部のインク温度の上昇は熱伝導の計算により求められる。図１９は、ノズル壁を 350Ｋにしたときのノズル壁（ヒータ境界）からのインク深さ（距離）と温度との関係を経過時間（μｓ）をパラメータとして示したグラフである。同図によれば、ノズル壁から１μｍのインクを４０℃以上（５ｃＰ以下）にするためには３μｓ以上必要であることがわかる。したがって、当該インクにおいては、ノズルヒータ６６の駆動開始タイミングＴ1 はＴn またはＴa の３μｓ以上前に設定する必要がある。
【０１３３】
このように、使用するインクの物性やノズル条件などから必要な加熱温度と昇温時間が計算され、その計算結果に従ってノズルヒータ６６の駆動タイミングが設定される。供給路ヒータ６７の駆動タイミングについても同様の計算に従って駆動タイミングが設定される。
【０１３４】
図２０はヒータ駆動タイミングの設定処理に関する処理ブロック図である。本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、使用するインクの情報を取得するインク情報取得部１６０と、インク粘度の温度依存特性を演算する第１の演算処理部１６２と、少なくとも１種類の（好ましくは複数種類の）インクの粘度の温度依存性を示すテーブルデータが格納されている第１のテーブル格納部１６４と、ノズル内のインク温度上昇特性を演算する第２の演算処理部１６６と、インクの温度分布の時間依存性を示すテーブルデータが格
納されている第２のテーブル格納部１６８と、第１の演算処理部１６２及び第２の演算処理部１６６の演算結果に基づいてノズルヒータ６６、供給路ヒータ６７の駆動タイミングをそれぞれ設定するタイミング設定部１７０、１７２とを備えている。
【０１３５】
なお、図２０に示した処理機能は図７で説明したシステムコントローラ８２又はプリント制御部９０若しくはこれらの組み合わせによって実現される。
【０１３６】
図２０に示したように、インク情報取得部１６０から使用されるインクの情報を得て第１の演算処理部１６２において当該使用インクについての粘度の温度依存特性が計算される。このとき、第１の演算処理部１６２は第１のテーブル格納部１６４に格納されているテーブルデータを参照し、図２１に示すように、該当するインクについて吐出可能粘度を得るために必要な加熱温度（必要加熱温度）を求める。
【０１３７】
図２０に示した第１の演算処理部１６２の演算結果は、第２の演算処理部１６６に送られる。第２の演算処理部１６６は第２のテーブル格納部１６８に格納されているテーブルデータを参照し、図２２に示すように、必要加熱温度の情報と、必要加熱浸透深さδｄの情報とに基づき、必要加熱浸透深さδｄを必要加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める。
【０１３８】
こうして求めた昇温時間の情報は図２０のタイミング設定部１７０、１７２に送られ、該昇温時間に応じてノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７のそれぞれの駆動タイミングが設定される。
【０１３９】
本実施形態によれば、インク吐出タイミングに合わせてノズルを温調するので、最小限の加熱エネルギーで高粘度インクの吐出が可能となる。第１のテーブル格納部１６４に複数種類のインクに関する情報を記憶しておくことにより、複数種類のインクに対応することが可能となり、使用するインクの種類に応じて吐出可能な適切なインク粘度になるように温度調節を行うことができる。
【０１４０】
また、図３で説明したように、相対的にインクの流体抵抗の大きい場所のみを加熱してインク粘度を局所的に低下させる構造のため、加熱制御の応答性が高く吐出周波数が向上するとともに、エネルギー消費量の低減化を実現できる。
【０１４１】
更には、異なる階層の流路プレートにノズルヒータ６６、供給路ヒータ６７を別々に設けたので、互いの温度影響が低減され、ノズル周辺及び個別流路（供給路）周辺にのみ効果的に熱を伝えることができるとともに、その温度制御の効果を持続できる。例えば、図３の６２を断熱層とすれば更に効果がある。
【０１４２】
上記実施形態では、インクジェット記録装置１０について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、処理液その他の液体を媒体に塗布する塗布装置など各種の液体吐出装置について本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図
【図２】図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図
【図３】印字ヘッドに形成されているインク流路の概略構成を示す断面図
【図４】ノズルヒータの構造例を示した平面図
【図５】ノズル近傍の拡大断面図
【図６】本例のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【図７】ノズルからのインク滴の吐出プロセスを示した模式図
【図８】ノズルヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを示したタイミングチャート
【図９】熱伝導の計算条件を説明するために用いた図
【図１０】ノズル内温度分布の計算結果を示すグラフ
【図１１】ノズル内温度分布の計算結果を示すグラフ
【図１２】アクチュエータ駆動波形とノズヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを示したタイミングチャート及び吐出時におけるインクの動きの対応関係を示した図
【図１３】アクチュエータ駆動パルスの他の波形例を示す図
【図１４】必要熱量の計算結果を示すグラフ
【図１５】あるインクについての表面張力と温度の関係を示したグラフ
【図１６】複数の（４種類の）インクについてそれぞれインク粘度の温度依存性を示したグラフ
【図１７】加熱浸透深さを説明するために用いたノズルの要部拡大断面図
【図１８】インク粘度の温度依存性の一例を示すグラフ
【図１９】ノズル壁（ヒータ境界）からのインク深さ（距離）と温度との関係を経過時間をパラメータとして示したグラフ
【図２０】ヒータ駆動タイミングの設定処理に関する処理ブロック図
【図２１】インク粘度の温度依存性を示すテーブルから所要の吐出可能粘度を得るために必要な加熱温度を求める方法を説明するために用いた図
【図２２】温度分布を示すテーブルから必要加熱浸透深さδｄを必要加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める方法を説明するために用いた図
【符号の説明】
【０１４４】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ…印字ヘッド、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…共通流路、５４…振動板、５５…アクチュエータ、５６…供給路、６１…第１の流路プレート（ノズル層）、６２…第２の流路プレート、６３…第３の流路プレート（供給路層）、６４…第４の流路プレート、６６…ノズルヒータ、６７…供給路ヒータ、８２…システムコントローラ、９０…プリント制御部、１２０…メニスカス、１２２…インク
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置及びインクジェット記録装置に係り、特に安定した液体吐出の実現に好適な吐出ヘッドの構造及びその駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、インク吐出用のノズルを備えた記録ヘッドに対して記録紙等の被記録媒体を相対的に移動させながら、印字信号に応じて記録ヘッドからインクを吐出させることにより被記録媒体上にインク滴を着地させ、そのインクドットによって印字媒体上に画像を形成する。かかるインクジェット記録装置では、乾燥等によってノズル内のインクの粘度が上昇すると、インクが吐出しなくなるなどの吐出不良が発生する。また、インク粘度が上昇するとノズルに対するインクの再供給性能（リフィル性能）が低下する。
【０００３】
このような観点から、特許文献１は、インク吐出に必要な熱エネルギーを発生する加熱発泡用ヒータをインク流路内に備えたいわゆるサーマルジェット方式（特に、サイドシュータ型）のインクジェットプリント装置において、インク流路内の吐出口に近い位置に第１の加熱専用ヒータを配設するとともに、加熱発泡用ヒータよりも吐出口から遠い位置に第２の加熱専用ヒータを配設し、これら二つの加熱専用ヒータによってインクの粘度を制御することにより、吐出性能及びリフィル性能を向上させる技術を提案している。
【０００４】
また、特許文献２は、ヘッド全体を加熱するヘッドヒータと、各インク室を個別に加熱するインク室ヒータとを備えたインクジェッドプリンタを開示している。
【特許文献１】特開平１１−１０８７８号公報
【特許文献２】特開平６−９１８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２で提案されている方法は、吐出方向のインク温度に着目し、インクの粘度及び体積を制御するものであるが、この方法によって吐出に十分な液物性を得るには、ヘッド全体を温めるため、大きなエネルギーが必要となる。特に、電源投入から最初の印字実行が可能になるまでの初期加熱が必要である。
【０００６】
この点、特許文献１に開示された方法によれば、個別流路に加熱専用ヒータを設けた構造であるためヘッド全体を加熱する必要はない。しかしながら、特許文献１で提案されている方法は、同一平面のインク流路に対して吐出側と供給側に加熱専用ヒータを数十μｍの間隔で近接配置した構造であるため、吐出回数が増えるにつれて、これら二つのヒータ間で温度差が小さくなり、吐出力増加の効果が薄れるという問題がある。更に、特許文献１に開示の構成は、発熱抵抗体による発泡を利用した吐出方式であり、加熱専用ヒータよりも強力な高温加熱を行う加熱発泡用ヒータを有しており、このヒータの前後に加熱専用ヒータが極めて近い位置関係で配置されているため、より一層ヒータ間での温度差が小さくなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル付近の液体物性を制御することで安定した液体吐出を実現するとともに、高粘度のインクであっても迅速なリフィルを実現し、更には、その吐出性能及びリフィル性能を持続させることができる液体吐出装置及びこれを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、前記ノズル孔から液体を吐出させるための吐出力を発生させるアクチュエータと、ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、前記アクチュエータを駆動して前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内における液体の温度分布の時間依存性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、前記演算手段は、前記液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルが格納される第１のテーブル格納部と、前記液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブルが格納される第２のテーブル格納部と、前記第１のテーブルを用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、前記第１の演算処理部で求めた前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき前記第２のテーブルを用いて前記必要加熱浸透深さを前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の液体吐出装置の一態様であり、前記必要加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の液体吐出装置の一態様であり、複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の液体吐出装置において、前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４記載の液体吐出装置において、前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段は互いに異なる層に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の液体吐出装置において、前記ノズルが形成されているノズル層と前記供給路が形成されている供給路層との間に断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用いたインクジェット記録装置を提供する。すなわち、請求項７に係るインクジェット記録装置は、請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用い、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、本明細書は以下に示す発明を開示する。
【００１６】
発明（１）は、ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
発明（１）によれば、ノズル孔から液体を吐出させるタイミングに合わせてノズル部の温度調節を行うようにしたので、必要最小限の加熱エネルギーでノズル内の液体を低粘度化できる。これにより、高粘度のインクに対して従来よりも少ないエネルギーで吐出性能を安定させることができる。
【００１８】
発明（２）は、発明（１）に記載の液体吐出装置において、吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内の液体温度上昇特性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる態様によれば、使用する液体の種類に応じて吐出時に所要の粘度が得られるように適切な加熱タイミングが計算される。これにより、ノズル内の液体を吐出可能な粘度となるように確実に温度上昇させることが可能である。
【００２０】
発明（３）は、発明（２）に記載の液体吐出装置において、前記演算手段は、液体の粘度の温度依存特性から所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、ノズル内の液体温度上昇特性から前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
発明（４）は、発明（３）に記載の液体吐出装置において、前記第１の演算処理部は液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルを有し、前記第２の演算処理部はノズル内の液体温度上昇特性を示す第２のテーブルを有していることを特徴とする。
【００２２】
なお、複数の液体種類に応じた第１のテーブルを有することにより、複数の液体種類に対応することが可能である。
【００２３】
発明（５）は、発明（２）又は（３）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル加熱制御手段は、ノズル内の液体についてノズル壁面から所定の加熱浸透深さを所定温度に昇温するように制御することを特徴とする。
【００２４】
少なくともノズル壁面近傍の液体を加熱して低粘度化すればノズル孔からの液体吐出が可能となるため、当該ノズル壁面近傍の液体のみを加熱するに十分な加熱制御を行えばよい。
【００２５】
発明（６）は、発明（５）に記載の液体吐出装置において、前記加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする。
【００２６】
このように、ノズル壁面近傍の液体のみを加熱する態様は、ノズル部のインク全体を加熱する場合と比較して省エネルギー化を達成できる。
【００２７】
発明（７）は、発明（１）乃至（６）の何れか１項記載の液体吐出装置において、複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
液体の供給源から吐出ヘッドに供給された液体はヘッド内の共通流路を通って個別の圧力室に送られる。圧力室にはアクチュエータや発泡加熱用のヒータなど、液体の吐出力を発生させる手段（吐出駆動素子）が設けられており、該素子の駆動によってノズル孔から液体が吐出される。つまり、液体は共通流路から供給路を通って個別の圧力室に流入し、圧力室からノズルを介して外部に吐出される。
【００２９】
かかるヘッド内の流路全体を考察すると、共通流路や圧力室は相対的に流路の断面積が大きく、供給路（供給孔）及びノズル部は相対的に断面積が小さい。このように、相対的に流体抵抗の大きい供給路及びノズル部を加熱して液体の粘度を局所的に低下させることにより、比較的高粘度の液体であっても吐出可能である。また、本態様によれば、局所加熱のため、応答性が高く、吐出周波数を向上させることができるとともに、液全体を加熱する方法に比べてエネルギー消費量を低減化できる。
【００３０】
発明（８）は、発明（７）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
圧力室を挟んで上流側の供給路を加熱する供給路加熱手段と、下流側のノズル部を加熱するノズル部加熱手段とを吐出駆動タイミングに関連付けて制御することにより、吐出性及びリフィル性の向上を図ることができる。
【００３２】
例えば、吐出時はノズル部のみを昇温してノズル部のインクを低粘度化させる一方、供給路については加熱せずに供給路付近の液体を相対的に高粘度化することにより、圧力室の吐出圧力を吐出方向に有効に働かせることができる。また、リフィル時においては、供給路周辺の温度を上昇させることにより、供給路からの液体流入が容易になり迅速にリフィルが行われる。更に、リフィルがほぼ完了した後は、ノズル部の加熱を止めてノズル周辺の液体粘度を上昇させる。これによって、リフィルにより生じるメニスカスの振動を急速に収束させることができる。
【００３３】
発明（９）は、発明（７）又は（８）に記載の液体吐出装置において、前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段とは互いに異なる層に配設されていることを特徴とする。
【００３４】
かかる態様によれば、プレート部材（流路プレート）の積層構造によってノズル、圧力室、共通流路及び供給路が形成されているヘッドにおいて、ノズル部加熱手段と供給路加熱手段をそれぞれ別の階層に配置したので、これらの加熱手段を比較的離れた位置関係で配置することができ、相互の温度影響を排除することができる。したがって、それぞれの温度調節の精度を高めることができるとともに、吐出性能及びリフィル性能を長時間にわたって維持することが可能である。
【００３５】
発明（１０）は、発明（９）に記載の液体吐出装置において、前記ノズルが形成されている流路プレート（ノズル層）と前記供給路が形成されている流路プレート（供給路層）との間に断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
発明（１１）は、発明（１）乃至（１０）の何れか１項に記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用いたインクジェット記録装置を提供する。すなわち、発明（１１）に係るインクジェット記録装置は、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。
【００３７】
なお、本発明の実施に際して、記録ヘッドの形態は特に限定されず、印字媒体の送り方向と略直交する方向に印字ヘッドが往復動作しながら印字を行うシャトル方式の記録ヘッドであってもよいし、インクを吐出する複数のノズルが印字媒体の送り方向と略直交する方向に前記印字媒体の全幅にわたって配列された１列以上のノズル列を有するフルライン型の記録ヘッドであってもよい。
【００３８】
フルライン型の記録ヘッドのような長尺ヘッドの場合、印字中に未使用のノズルが存在し得るが、ヘッド全体を加熱する従来の方式は、加熱によって未使用ノズルのインクが乾燥して吐出不良になり易い。そのため、ノズル乾燥防止は重要な課題の一つである。本発明によれば、ノズル部加熱手段によってノズル部を局所的に加熱する方式であるため、ヘッド全体を加熱する必要がなく、未使用ノズルの乾燥を防ぐことができる。したがって、本発明はフルライン型の記録ヘッドへの適用が特に有効である。
【００３９】
「フルライン型の記録ヘッド」は、通常、ノズル配列は被記録媒体の相対的な送り方向（相対移動方向）と直交する方向に沿って配置されるが、相対移動方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿って記録ヘッドを配置する態様もあり得る。また、記録ヘッドにおけるノズルの配列形態は、１列のライン状配列に限定されず、複数列からなるマトリックス配列でもよい。更には、被記録媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する短尺記録ヘッドユニットを複数個組み合わせることによって、これらユニット全体として被記録媒体の全幅に対応するノズル列を構成する形態もあり得る。
【００４０】
「被記録媒体」は、記録ヘッドによって印字を受ける媒体（メディア）であり、被画像形成媒体、印字媒体、受像媒体などと呼ばれ得るものである。被記録媒体の具体的態様には、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体が含まれる。
【００４１】
被記録媒体を記録ヘッドに対して相対移動させる搬送手段は、停止した（固定された）記録ヘッドに対して被記録媒体を搬送する態様、停止した被記録媒体に対して記録ヘッドを移動させる態様、或いは、記録ヘッドと被記録媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。
【００４２】
なお、本明細書において「印字」という用語は、文字の形成のみならず、文字を含む広い意味での画像を形成する概念を表すものとする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、吐出液滴のサイズを規定するノズル部にノズル部加熱手段を設け、吐出駆動タイミングに応じてノズル部の加熱制御を行うようにしたので、少ない加熱エネルギーでノズル周辺の液体粘度を所要の粘度に下げることができ、ノズル孔から液体を容易に吐出させることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、ノズル部を局所的に温調するため、ヘッド全体を温調する従来の形態と比較してヒートアップ時間が短く、電源投入から最初の印字実行が可能になるまでの初期起動時間を短縮できる。更に、本発明は、未使用ノズルの乾燥を防止することができるため、ノズル数の多い長尺の吐出ヘッドを備えた液体吐出装置について非常に有効である。
【００４５】
本発明において液体吐出に必要な要素であるノズル、圧力室、共通流路、供給路等をプレート部材の積層構造によって形成し、異なる階層のプレート部材（流路プレート）にノズル部加熱手段、供給路加熱手段を設ける態様により、これら加熱手段の間の距離を比較的大きくとることができ、互いの温度影響を回避できる。したがって、ノズル周辺及び供給路周辺（個別流路の周辺）のみに熱を伝えることができ、液体の温度調節の効果が持続される。
【００４６】
また、付随的な効果として、本発明では液体の吐出タイミングに合わせてノズル部の温度調節のタイミングを制御するため、吐出直前にノズル部加熱手段をＯＮ、吐出直後の前後にＯＦＦするなどの制御態様により、アクチュエータ等の吐出駆動素子の駆動と相まって吐出液滴の効果的な引きちぎりを行うことができる。これにより、サテライトやスプラッシュの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４８】
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００４９】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００５０】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００５１】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００５２】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００５３】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸
着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００５４】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００５５】
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図６中符号１００）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
【００５６】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００５７】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００５８】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００５９】
印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。詳細な構造は図示しないが、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００６０】
記録紙１６の送り方向（以下、紙搬送方向という。）に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００６１】
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドが各インク色ごとに設けられてなる印字部１２によれば、副走査方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００６２】
なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００６３】
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは管路（図１中不図示）を介して各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００６４】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００６５】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列と、からなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００６６】
印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。
【００６７】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００６８】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００６９】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００７０】
こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であ
り、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。
【００７１】
また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
【００７２】
〔ノズル周辺の断面構造〕
図３は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ（以下、これらを代表して符号５０で示す）内に形成されているインク流路の概略構成を示す断面図である。図３において、符号５１はインク吐出用のノズル、５２は圧力室、５３は共通流路、５４は振動板、５５はアクチュエータである。
【００７３】
ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、供給路５６を介して共通流路５３と連通している。インク貯蔵／装填部１４から送液されたインクは共通流路５３を通って圧力室５２に供給される。圧力室５２の底面を構成している振動板５４には個別電極（不図示）を備えたアクチュエータ５５が接合されており、個別電極に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５５が変形し、圧力室５２内のインクが加圧されることにより、ノズル５１からインクが吐出される。すなわち、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ５５の変形によってインク滴を飛ばす方式（ピエゾジェット方式）が採用されている。
【００７４】
図示のように、本実施形態の印字ヘッド５０は、ＳＵＳ板等の薄い板材にエッチング等で穴や溝を形成したプレート部材を複数積層することによってインク流路が形成されている。図３では振動板５４の上に４つのプレート部材が積層された構造が示されている。すなわち、ノズル５１の吐出口を内包する第１の流路プレート（ノズル層）６１と、共通流路５３の側面を形成する第２の流路プレート６２と、供給路５６を内包する第３の流路プレート（供給路層）６３と、圧力室５２の側面を形成する第４の流路プレート６４と、が積層された構造を有している。
【００７５】
図示のように、ノズル５１の吐出口に連通する流路を形成している第１の流路プレート（ノズル層）６１には、ノズル５１の流路周囲に第１のヒータ（以下、ノズルヒータという。）６６が設けられている。また、圧力室５２と共通流路５３をつなぐ供給路５６を形成している第３の流路プレート（供給路層）６３には、供給路５６の周囲に第２のヒータ（以下、供給路ヒータという。）６７が設けられている。
【００７６】
図４は、ノズルヒータ６６の構造例を示した平面図である。ノズルヒータ６６は、複数のヒータブロック（図４において３つのブロック）６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃからなり、これらヒータブロック６６Ａ〜Ｃがノズル５１の流路周囲を囲むように円周上に沿って配置された構造を有している。各ヒータブロック６６Ａ〜６６Ｃは、それぞれグランド線に相当する電極６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃと、信号線に相当する電極６９Ａ、６９Ｂ、６９Ｃとが接続されており、電極間に所要の電圧を印加することにより、ヒータブロック６６Ａ〜６６Ｃが発熱する。
【００７７】
図５は、ノズル先端部近傍の拡大図（図３中符号５で示した部分の拡大図）である。図示のように、ノズル５１の流路周囲は絶縁層７０で構成されている。また、吐出面７２の最上層は絶縁層７３が設けられ、その下層に信号線７４、ヒータ（発熱体）７５、グランド線７６が順次積層され、グランド線７６の下に絶縁層７７が設けられている。
【００７８】
信号線７４及びグランド線７６の配線部は、例えば、アルミ（Ａｌ）の膜厚０．８μｍ、配線幅は５μｍ、配線間隔も５μｍとなっている。もちろん、配線部の構成はこの例に限定されず、アルミ以外の金属を用いることも可能である。
【００７９】
ヒータ７５は、例えばＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金で構成される。他に、Ｔａ単層、ＴａＮ等でもよい。絶縁層７０、７３、７７はＳｉＯ2 の無機膜、厚み０．５μｍとする。なお、ＳｉＯ2 に代えて、サイトップ（商品名：旭硝子社製）等のフッ化樹脂でもよい。その場合も厚みは０．５μｍ程度以下であることが望ましい。
【００８０】
図４及び図５ではノズルヒータ６６の構造を説明したが、図３の符号６７で示した供給路ヒータ６７の構造もノズルヒータ６６の構造と同様であるため、説明は省略する。
【００８１】
〔システム構成〕
図６はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース８０、システムコントローラ８２、画像メモリ８４、モータドライバ８６、ヒータドライバ８８、プリント制御部９０、画像バッファメモリ９２、ヘッドドライバ９４及びヘッド用ヒータドライバ９６等を備えている。
【００８２】
通信インターフェース８０は、ホストコンピュータ９８から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース８０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ９８から送出された画像データは通信インターフェース８０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ８４に記憶される。画像メモリ８４は、通信インターフェース８０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ８２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ８４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【００８３】
システムコントローラ８２は、通信インターフェース８０、画像メモリ８４、モータドライバ８６、ヒータドライバ８８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ８２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ９８との間の通信制御、画像メモリ８４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１００やヒータ１０２を制御する制御信号を生成する。
【００８４】
モータドライバ８６は、システムコントローラ８２からの指示にしたがってモータ１００を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ８８は、システムコントローラ８２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒータ１０２を駆動するドライバである。
【００８５】
プリント制御部９０は、システムコントローラ８２の制御に従い、画像メモリ８４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ９４に供給するするとともにヘッド用ヒータドライバ９６を制御する制御部である。プリント制御部９０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ９４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００８６】
プリント制御部９０には画像バッファメモリ９２が備えられており、プリント制御部９０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ９２に一時的に格納される。なお、図６において画像バッファメモリ９２はプリント制御部９０に付随する態様で示されているが、画像メモリ８４と兼用することも可能である
。また、プリント制御部９０とシステムコントローラ８２とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００８７】
ヘッドドライバ９４はプリント制御部９０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０のアクチュエータ５５を駆動する。ヘッドドライバ９４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００８８】
ヘッド用ヒータドライバ９６は、プリント制御部９０からの指令に従い、ノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７を駆動するための信号を生成する。インクの吐出駆動タイミングとノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の加熱タイミングの制御については後述する。
【００８９】
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース８０を介して外部から入力され、画像メモリ８４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データが画像メモリ８４に記憶される。
【００９０】
画像メモリ８４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ８２を介してプリント制御部９０に送られ、該プリント制御部９０において既知の誤差拡散アルゴリズムなどの手法によりインク色ごとのドットのデータに変換される。すなわち、プリント制御部９０は、入力されたＲＧＢ画像データをＹＣＭＫの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部９０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ９２に蓄えられる。
【００９１】
ヘッドドライバ９４は、画像バッファメモリ９２に記憶されたドットデータに基づき、印字ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ９４で生成された駆動制御信号が印字ヘッド５０に加えられることによって、印字ヘッド５０のノズル５１からインクが吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期して印字ヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
【００９２】
印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部９０に提供する。プリント制御部９０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。
【００９３】
次に、上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０におけるインクの温度調節タイミングについて説明する。
【００９４】
〔流体現象に着目した温調タイミング〕
図７はプル・プッシュ・プル・メニスカスコントロール（Pull Push Pull meniscus control)によるインク滴の吐出プロセスの例を示した模式図である。図示した一連の吐出プロセスはアクチュエータ５５の駆動制御によって実現される。まず、インク吐出前に圧を下げる緩やかな引きの動作を行いメニスカス１２０（ノズル５１内のインク１２２と外気との界面）の状態を所定の形状にする( 図７（ａ) 〜（ｂ）) 。この状態から勢いよく吐出動作を行い( 図７（ｃ）〜（ｈ））、インク吐出後に再び引きの動作を行い、インク滴１２６を所定の大きさに引きちぎるとともに、メニスカス１２０の振動を抑制する（図７（ｉ）〜（ｊ））。
【００９５】
このような流体現象の中で（ｄ）で示した状態、すなわち、インク１２２が吐出面（ノズル面）１２４から出る時の時刻ｔ＝Ｔn を温調タイミングの基準として設定する。
【００９６】
図８はノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の駆動タイミングを示したタイミングチャートの一例である。本節では、（ｄ）の状態を「吐出」と定義する。
【００９７】
ノズルヒータ６６の駆動開始タイミングＴ1 は、Ｔn の１μs 〜１００μs 前である。ΔＴn1＝Ｔ1 −Ｔn とすると、−１００μs ≦ΔＴn1≦−１μs である。ここで、ΔＴn1≦−１μs という条件は、ノズル周辺のインクを加熱して温度上昇させるために１μs 以上必要であることを示す。
【００９８】
ノズルヒータ６６の駆動終了タイミングＴ1'は、Ｔn の２０μs 前から５０μs 後である。ΔＴn1’＝Ｔ1'−Ｔn とすると、−２０μs ≦ΔＴn1' ≦５０μs である。吐出直前又は直後（−２０μs 〜＋２０μs ）にノズルヒータ６６をＯＦＦする理由は、ヒートアップ時間を短くして熱量を下げるためである。また、吐出後迅速にリフィルを行うためにリフィル中もインク粘度を下げるためには、吐出後（＋２０μs 〜＋５０μs ）にノズルヒータ６６をＯＦＦする態様が好ましい。
【００９９】
供給路ヒータ６７の駆動開始タイミングＴ2 は、Ｔn の１μs 〜１００μs 後である。ΔＴn2＝Ｔ2 −Ｔn とすると、１μs ≦ΔＴn1≦１００μs である。ここで、ΔＴn1≧１μs という条件は、供給路５６のインクを加熱して温度上昇させるために１μs 以上必要であることを示す。
【０１００】
吐出開始後リフィルは０〜１００μs 、多くは０〜５０μs で開始するので、上記のタイミングで供給路ヒータ６７を駆動開始する。供給路ヒータ６７の駆動終了タイミングＴ2 ' は、アクチュエータ５５の駆動周波数に依存して決定される。
【０１０１】
ノズルヒータ６６又は供給路ヒータ６７によってインクの温度を上昇させるために少なくとも１μs の加熱時間が必要であることは、以下に示すノズル内温度分布の計算から導かれる。
【０１０２】
計算において、半無限流体の熱伝導（対流なしのモデル）による近似を適用する。図９のように、温度源１４０に接する低温流体（半無限流体１４２）について境界面１４４を基準として位置ｘの座標軸を設定する。初期条件として半無限流体１４２は、はじめ温度Ｔ0 で一様とし、時刻τ＝０でｘ＝０の面の温度をＴs とする。Ｔｓはその後一定に保たれる。
【０１０３】
時刻τ、位置ｘにおける温度Ｔ（τ，ｘ）は、上記の条件で以下の式が成り立つ。
【０１０４】
【数１】
【０１０５】
erf(β) は誤差関数であり、以下の式で表される。
【０１０６】
【数２】
【０１０７】
ここでβは次式で表される。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
〔数３〕式中のａは温度伝導率（ m2 ／s ）であり、次式で表される。
【０１１０】
【数４】
【０１１１】
ただし、λ：熱伝導率（W/(m・ K)）、ρ：密度（kg/m3 ）、Ｃp ：比熱（ J/(kg・K))
である。なお、水の場合、λ＝0.61、ρ＝1000、Ｃp ＝4180なのでａ＝1.46×10-7である。
【０１１２】
以上から〔数１〕の式を利用して温度源からｘだけ離れた位置の時刻τにおける温度Ｔを求めることができる。
【０１１３】
また、時刻τ＝０〜τ間で表面の単位面積から入った熱量Ｑ（J /m2 ）は次式となる。
【０１１４】
【数５】
【０１１５】
この〔数５〕の式から必要熱量を算出することができる。
【０１１６】
一般的な水性インクの組成は８０％以上が水であるため、液体は水であると仮定して温度分布を計算する。初期温度Ｔ0 ＝300 Ｋ、境界温度Ｔs ＝350 Ｋとしたときの計算結果を図１０に示す。また、初期温度Ｔ0 ＝300 Ｋ、境界温度Ｔs ＝400 Ｋとしたときの計算結果を図１１に示す。
【０１１７】
これらのグラフによれば、１μs の加熱時間でヒータ境界から１μm 厚分のインク（計算上は水）の温度を上昇させることができることがわかる。更に、数十μs の範囲で温度上昇がみられるのは、ヒータ境界から数μm の範囲である。ノズル直径を３０μm 程度と考えると、ノズル直径に対して一割程度の外周の温度が上昇することになる。
【０１１８】
〔アクチュエータ駆動波形に着目した温調タイミング〕
図１２は、アクチュエータ駆動波形に注目したノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７の駆動タイミングを示したタイミングチャートと吐出時におけるインクの動きの対応関係を示した図である。同図中、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。
【０１１９】
図１２に示したように、インク１２２をノズル面１２４から吐出させるときのアクチュエータ駆動タイミングをＴａとし、このＴａをヒータ制御の基準とする。インク１２２をノズル面１２４から吐出させる動作は圧力室５２の体積を減少させるアクチュエータ駆動によって実現される。すなわち、インク１２２がノズル面１２４から外に出るタイミング
は、アクチュエータ５５を圧力室体積減少方向に変位させる駆動期間内であり、左記駆動期間が複数ある場合は、その中において駆動パルスの電位差最大、或いは傾きが最大となる期間内である。
【０１２０】
このように、一連の電圧駆動において電圧変化が最も大きいところ、あるいは電圧変化の時間微分が最も大きいところに注目し、かかる吐出動作を実現するアクチュエータ駆動のタイミングを基準Ｔa として設定する。そして、この基準Ｔa の前後でノズルヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを設定する。
【０１２１】
具体的には、図８で説明した例と同様に、Ｔn をＴa で置き換えることによって、各ヒータの駆動タイミングが決定される。
【０１２２】
なお、アクチュエータ駆動波形は図１２の例に限定されない。図１３にアクチュエータ駆動パルスの他の波形例を示す。アクチュエータ駆動波形は様々なタイプが可能であるが、何れの場合も電位差最大、傾き最大となる期間の中から適当な時刻を制御の基準時刻Ｔａとして決定する。図１２及び図１３に示したＴａに限定されず、例えば、電圧０になる時刻を基準時刻Ｔａとして設定する態様も可能である。
【０１２３】
〔温調熱量の評価〕
上述した〔数５〕の式を用いて必要な熱量を計算する。液体は水と仮定し、初期温度Ｔ0 ＝ 300Ｋとする。また、ノズルの形状はノズル半径１５μｍ、ノズル高さ５０μｍ、ノズル内側表面積４．７×１０-9ｍ2 の円筒形状であるものとする。加熱温度 350Ｋと 400Ｋの場合の計算結果を図１４に示す。
【０１２４】
図１４に示されているように、数十μｓの範囲において必要な熱量は数μＪである。インクを暖めると同程度にヘッドを暖めるとしてもヒータの熱量は１０μＪ程度、多く見積もっても２０μＪ以下である。このような観点から、ノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７による温調時間は１００μｓ以下に設定される。
【０１２５】
〔インク物性の温度依存性〕
温度によるインク物性値の変化はインクの種類によって様々である。図１５は、あるインクについての表面張力と温度の関係を示したグラフである。また、図１６は４種類のインクについてそれぞれインク粘度の温度依存性を示したグラフである。これらの図面に示したように、インクの温度が上昇するにつれて、表面張力は小さくなるとともに粘度が低下する傾向にある。
【０１２６】
ノズル５１内のインクのうちノズル内壁との接触面近傍のインクを低粘度化できればインクを吐出させることができることが実験により見出された。すなわち、図１７に示すように、ノズル５１の直径をＤ、ノズル内壁からの加熱浸透深さをδｄとするとき、０．０５≦δｄ／Ｄの浸透深さを最低限確保すれば問題なく吐出が可能であり、かつδｄ／Ｄ≦０．１５とすることで加熱エネルギーを半減することが可能となる。
【０１２７】
下記の〔表１〕は、δｄ／Ｄの条件を変えて吐出実験を行ったときの吐出状態の評価、加熱エネルギーの相対比率、省エネルギー効果の評価をまとめたものである。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
〔表１〕の実験結果によれば、０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５の条件を満たすときに、吐出の状態及び省エネルギー効果について良好な結果が得られる。
【０１３０】
〔インク物性を考慮した温度制御の例〕
より具体的な例を用いて本実施形態における温度制御について説明する。数値計算によるシミュレーションから、高粘度インクであってもノズル壁から１μｍのインクが５ｃＰ以下の低粘度液インクであれば吐出可能であることがわかった。
【０１３１】
既に説明したように、インクの特性として、温度を上げると粘度が低下することはわかっている。ここでは、図１８のような粘度の温度特性を有するインクを使用するものとする。このグラフに示したインクで５ｃＰ以下になるのは４０℃以上である。
【０１３２】
ノズルヒータ６６によるノズル部のインク温度の上昇は熱伝導の計算により求められる。図１９は、ノズル壁を 350Ｋにしたときのノズル壁（ヒータ境界）からのインク深さ（距離）と温度との関係を経過時間（μｓ）をパラメータとして示したグラフである。同図によれば、ノズル壁から１μｍのインクを４０℃以上（５ｃＰ以下）にするためには３μｓ以上必要であることがわかる。したがって、当該インクにおいては、ノズルヒータ６６の駆動開始タイミングＴ1 はＴn またはＴa の３μｓ以上前に設定する必要がある。
【０１３３】
このように、使用するインクの物性やノズル条件などから必要な加熱温度と昇温時間が計算され、その計算結果に従ってノズルヒータ６６の駆動タイミングが設定される。供給路ヒータ６７の駆動タイミングについても同様の計算に従って駆動タイミングが設定される。
【０１３４】
図２０はヒータ駆動タイミングの設定処理に関する処理ブロック図である。本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、使用するインクの情報を取得するインク情報取得部１６０と、インク粘度の温度依存特性を演算する第１の演算処理部１６２と、少なくとも１種類の（好ましくは複数種類の）インクの粘度の温度依存性を示すテーブルデータが格納されている第１のテーブル格納部１６４と、ノズル内のインク温度上昇特性を演算する第２の演算処理部１６６と、インクの温度分布の時間依存性を示すテーブルデータが格
納されている第２のテーブル格納部１６８と、第１の演算処理部１６２及び第２の演算処理部１６６の演算結果に基づいてノズルヒータ６６、供給路ヒータ６７の駆動タイミングをそれぞれ設定するタイミング設定部１７０、１７２とを備えている。
【０１３５】
なお、図２０に示した処理機能は図７で説明したシステムコントローラ８２又はプリント制御部９０若しくはこれらの組み合わせによって実現される。
【０１３６】
図２０に示したように、インク情報取得部１６０から使用されるインクの情報を得て第１の演算処理部１６２において当該使用インクについての粘度の温度依存特性が計算される。このとき、第１の演算処理部１６２は第１のテーブル格納部１６４に格納されているテーブルデータを参照し、図２１に示すように、該当するインクについて吐出可能粘度を得るために必要な加熱温度（必要加熱温度）を求める。
【０１３７】
図２０に示した第１の演算処理部１６２の演算結果は、第２の演算処理部１６６に送られる。第２の演算処理部１６６は第２のテーブル格納部１６８に格納されているテーブルデータを参照し、図２２に示すように、必要加熱温度の情報と、必要加熱浸透深さδｄの情報とに基づき、必要加熱浸透深さδｄを必要加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める。
【０１３８】
こうして求めた昇温時間の情報は図２０のタイミング設定部１７０、１７２に送られ、該昇温時間に応じてノズルヒータ６６及び供給路ヒータ６７のそれぞれの駆動タイミングが設定される。
【０１３９】
本実施形態によれば、インク吐出タイミングに合わせてノズルを温調するので、最小限の加熱エネルギーで高粘度インクの吐出が可能となる。第１のテーブル格納部１６４に複数種類のインクに関する情報を記憶しておくことにより、複数種類のインクに対応することが可能となり、使用するインクの種類に応じて吐出可能な適切なインク粘度になるように温度調節を行うことができる。
【０１４０】
また、図３で説明したように、相対的にインクの流体抵抗の大きい場所のみを加熱してインク粘度を局所的に低下させる構造のため、加熱制御の応答性が高く吐出周波数が向上するとともに、エネルギー消費量の低減化を実現できる。
【０１４１】
更には、異なる階層の流路プレートにノズルヒータ６６、供給路ヒータ６７を別々に設けたので、互いの温度影響が低減され、ノズル周辺及び個別流路（供給路）周辺にのみ効果的に熱を伝えることができるとともに、その温度制御の効果を持続できる。例えば、図３の６２を断熱層とすれば更に効果がある。
【０１４２】
上記実施形態では、インクジェット記録装置１０について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、処理液その他の液体を媒体に塗布する塗布装置など各種の液体吐出装置について本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図
【図２】図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図
【図３】印字ヘッドに形成されているインク流路の概略構成を示す断面図
【図４】ノズルヒータの構造例を示した平面図
【図５】ノズル近傍の拡大断面図
【図６】本例のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【図７】ノズルからのインク滴の吐出プロセスを示した模式図
【図８】ノズルヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを示したタイミングチャート
【図９】熱伝導の計算条件を説明するために用いた図
【図１０】ノズル内温度分布の計算結果を示すグラフ
【図１１】ノズル内温度分布の計算結果を示すグラフ
【図１２】アクチュエータ駆動波形とノズヒータ及び供給路ヒータの駆動タイミングを示したタイミングチャート及び吐出時におけるインクの動きの対応関係を示した図
【図１３】アクチュエータ駆動パルスの他の波形例を示す図
【図１４】必要熱量の計算結果を示すグラフ
【図１５】あるインクについての表面張力と温度の関係を示したグラフ
【図１６】複数の（４種類の）インクについてそれぞれインク粘度の温度依存性を示したグラフ
【図１７】加熱浸透深さを説明するために用いたノズルの要部拡大断面図
【図１８】インク粘度の温度依存性の一例を示すグラフ
【図１９】ノズル壁（ヒータ境界）からのインク深さ（距離）と温度との関係を経過時間をパラメータとして示したグラフ
【図２０】ヒータ駆動タイミングの設定処理に関する処理ブロック図
【図２１】インク粘度の温度依存性を示すテーブルから所要の吐出可能粘度を得るために必要な加熱温度を求める方法を説明するために用いた図
【図２２】温度分布を示すテーブルから必要加熱浸透深さδｄを必要加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める方法を説明するために用いた図
【符号の説明】
【０１４４】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ…印字ヘッド、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…共通流路、５４…振動板、５５…アクチュエータ、５６…供給路、６１…第１の流路プレート（ノズル層）、６２…第２の流路プレート、６３…第３の流路プレート（供給路層）、６４…第４の流路プレート、６６…ノズルヒータ、６７…供給路ヒータ、８２…システムコントローラ、９０…プリント制御部、１２０…メニスカス、１２２…インク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、
前記ノズル孔から液体を吐出させるための吐出力を発生させるアクチュエータと、
ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、
前記アクチュエータを駆動して前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、
吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内における液体の温度分布の時間依存性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルが格納される第１のテーブル格納部と、
前記液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブルが格納される第２のテーブル格納部と、
前記第１のテーブルを用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、
前記第１の演算処理部で求めた前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき前記第２のテーブルを用いて前記必要加熱浸透深さを前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、
を含むことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記必要加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、
該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、
前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段は互いに異なる層に配設されていることを特徴とする請求項３又は４記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記ノズルが形成されているノズル層と前記供給路が形成されている供給路層との間に断熱層が設けられていることを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用い、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１】
ノズル孔から液体を吐出する液体吐出装置において、
前記ノズル孔から液体を吐出させるための吐出力を発生させるアクチュエータと、
ノズル部に配設されたノズル部加熱手段と、
前記アクチュエータを駆動して前記ノズル孔から液体を吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記ノズル部加熱手段による加熱タイミングを制御するノズル加熱制御手段と、
吐出させる液体の粘度の温度依存特性とノズル内における液体の温度分布の時間依存性とに基づいてノズル内の液体粘度が所定の値以下になるための温度上昇時間を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された温度上昇時間に従って前記ノズル部加熱手段の駆動タイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記液体の粘度の温度依存特性を示す第１のテーブルが格納される第１のテーブル格納部と、
前記液体の温度分布の時間依存性を示す第２のテーブルが格納される第２のテーブル格納部と、
前記第１のテーブルを用いて所望の粘度と必要な加熱温度の関係を求める第１の演算処理部と、
前記第１の演算処理部で求めた前記必要な加熱温度の情報及びノズル内壁からの必要加熱浸透深さの情報に基づき前記第２のテーブルを用いて前記必要加熱浸透深さを前記必要な加熱温度に昇温するために必要な昇温時間を求める第２の演算処理部と、
を含むことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記必要加熱浸透深さδｄは、ノズル直径をＤとするとき、次式
０．０５≦δｄ／Ｄ≦０．１５
を満たすことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
複数のノズルと、各ノズルに対応した個別の圧力室と、複数の圧力室に液体を供給する共通流路と、を備えた吐出ヘッドを有し、
該吐出ヘッドの各ノズルについて前記ノズル部加熱手段が設けられるとともに、前記圧力室と前記共通流路を連通する供給路に供給路加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記ノズル孔からインクを吐出させる吐出駆動タイミングに応じて前記供給路加熱手段による加熱タイミングを制御する供給路加熱制御手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記ノズル、前記圧力室、前記共通流路及び前記供給路は積層構造によって形成されており、
前記ノズルと前記供給路は異なる層の部材で構成され、前記ノズル部加熱手段と前記供給路加熱手段は互いに異なる層に配設されていることを特徴とする請求項３又は４記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記ノズルが形成されているノズル層と前記供給路が形成されている供給路層との間に断熱層が設けられていることを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項記載の液体吐出装置をインク滴の吐出装置として用い、前記ノズル孔を有する記録ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させながら、前記ノズル孔よりインクを吐出することにより前記被記録媒体上に画像を形成することを特徴とするインクジェット記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００６−２１３０６６（Ｐ２００６−２１３０６６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３８８１１（Ｐ２００６−１３８８１１）
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【分割の表示】特願２００４−２４７２８１（Ｐ２００４−２４７２８１）の分割
【原出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【分割の表示】特願２００４−２４７２８１（Ｐ２００４−２４７２８１）の分割
【原出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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